1212

GPS چیست و چه کاربردی دارد

سامانه موقعیت یاب جهانی GPS

سامانهٔ موقعیت‌یابی جهانی (Global Positioning System) سامانه ای برای یافتن موقعیت جهانی است . این سامانه از 24 ماهواره تشکیل شده است که زمین را دور میزنند در هر مدار  4 ماهواره قرار دارد. در این مقاله سعی داریم شما را با اهداف و کاربردهای سیستم موقعیت جهانی و همچنین ابزارهای آن علی الخصوص GPS مولتی فرکانس آشنا کنیم.

ماهواره های GPSدر یک مدار معین زمین را دوبار در روز دور میزنند. وسیگنال های اطلاعاتی را به زمین ارسال می کنند. دریافت کننده GPS مولتی فرکانس این اطلاعات را گرفته و برای محاسبه مکان دقیق کاربر از روش های هندسی استفاده می کند. در اصل دریافت کننده GPS  زمان ارسال سیگنال از ماهواره را  با زمان دریافت سیگنال مقایسه می کند. اختلاف بازگو کننده ی میزان فاصله ی ماهواره از دریافت کننده ی GPS است. با اندازه گیری فاصله از تعدادماهواره هادریافت کننده میتواند مکان کاربر را مشخص کرده. و ان را روی نقشه ی الکترونیکی واحد نمایان کند.

یک دریافت کننده GPS با سیگنال هایی که از حداکثر سه ماهواره دریافت می کند می تواند مسیر حرکت و مختصات دو بعدی ( طول وعرض) مکان را محاسبه کند. با در نظر گرفتن چهار ماهواره یا بیشتر دریافت کننده می تواند مختصات سه بعدی ( طول عرض ارتفاع ) مکان کاربر را مشخص می کند. زمانی که مکان کاربر مشخص شد GPS   می تواند سایر اطلاعات نظیر : سرعت مسیر فاصله پیموده شده فاصله تا مقصد و …. را محاسبه کند.

 

بخش های اساسی در GPS مولتی فرکانس :

  1. بخش فضایی
  2. بخش کنترل
  3. بخش کاربری

 

انواع کاربرد GPS مولتی فرکانس :

  • نقشه برداری
  • پروژ های عمرانی
  • کوه نوردی
  • کایت سواری
  • قایق رانی
  • کشتی رانی
  • تجاری
  • ردیابی
  • عملیات نجات هنگام وقوع سیل

 

multi-frequency gps receiver

دسته بندی GPS های نقشه برداری از نظر تعداد فرکانس

  • جی پی اس تک فرکانس : امروز استفاده نمی شود زیرا زمان بر است.
  • جی پی اس دو فرکانس : سرعت بالا برخلاف تک فرکانس نیازی نیست زمان زیادی صرف جمع اوری و ذخیره سازی اطلاعات مورد نیاز خود کنید.
  • جی پی اس مولتی فرکانس: جی پی اس مولتی فرکانس به GPS  ایستگاهی و یا GPS  معروف هستند.

 

روش های برداشت با GPS

هرGPS میتواند در هر شرایط اب و هوایی و در هر ساعتی از شبانه روز کار کند .اطلاع و آگاهی از قابلیت های گیرنده های ماهواره ای قبل از شروع به کار بسیار مهم است. در کار با GPS دید بین نقاط ضروری نیست. ؛ با استفاده از GPS  میتوان مشاهدات بیشتری با نیروی انسانی کمتر برداشت کرد .با این وجود باید از محدودیت های GPS  نیز آگاه بود.

با روشن کردن دستگاه، موقعیت شما توسط ۳ ماهواره که در نزدیک ترین مدار به شما قرار دارند شناسایی و محاسبه شده و موقعیت شما را بر روی نقشه روی دستگاه نشان می دهد. اگر دستگاه گیرندهGPS  شما قوی تر باشد و با ۴ ماهواره ارتباط برقرار کند درصد خطای آن کاهش یافته و موقعیت شما را دقیق تر شناسایی می کند.

درختان ، ساختمان های بلند ، تیربرق و کابل های برق فشار قوی می توانند مشکلات عدیده ای برای GPS بوجود آورند . علاوه بر این GPS برای نقشه برداری با فضای سرپوشیده یا indoor  به کار نمی رود،و در کارهای ساختمانی و indoor یک توتال استیشن اپتیکی مناسب نتایج بهتری خواهد داشت .

اصلی ترین روش های برداشت عبارت است از :

  1. استاتیک
  2. استاتیک سریع
  3. کینماتیک
  4. ایست-رو

روش استاتیک

این روش برای تعیین مختصات نقاط مبنای نقشه برداری با دقت بالا در حد میلیمترمورد استفاده قرار میگیرد که اصلی ترین تکنیک نقشه برداری با  GPS مولتی فرکانس می باشد. در این روش باید حداقل دو دستگاه بطور همزمان شروع به اندازه گیری نمایند تا امکان محاسبه طول بین نقاط فراهم شود و نهایتا مختصات نقاط فراهم میشود. به طور مثال برای مشاهده یک طول باز بلند گیرنده مرجع را در یک نقطه قرار دهید و در گام بعدی گیرنده دوم  (rover) را در انتهای دیگر طول باز قرار دهید .

سپس زمان مساوی برای ذخیره داده را تنظیم کنید و باروشن کردن گیرنده عملیات برداشت را آغاز کنید. با توجه به طول بیس لاین ، تعداد ماهواره های در معرض دید ،  هندسه یا ارایش نسبی ماهواره ها طول زمان برداشت متفاوت است . زمانی که داده ها را جمع اوری کردید گیرنده base ایستگاه اول را خاموش کنید و به بیس لاین بعدی بروید(دراینجا گیرنده ای که در ایستگاه اول به عنوان base عمل میکرد به گیرنده روور تبدیل می شود و برعکس) و این پروسه را برای طول باز جدید تکرار کنید

این روش برای فواصل طولانی بسیار دقیق است اما نسبت به روش های دیگر زمان بر است. برای فواصل بلند ( بیش از 20 کیلومتر)، شبکه های ژئودتیک، یا مطالعات پلیت تکتونیک (تکتونیک صفحه ای)، از مشاهدات استاتیک استفاده می شود. اگر گیرنده روور دیگری به مرحله برداشت اضافه کنیم سرعت و دقت و استحکام بالا می رود.

روش استاتیک سریع

این روش برای فواصل تا 15 کیلومتر کاربرد دارد ، یک گیرنده روی نقطه ای ثابت است به عنوان ایستگاه مرجع موقتی عمل میکند و گیرنده دوم روی نقاط دیگر حرکت می کند و در مدتی کوتاه با ماهواره ها در تماس است و جابجا می شود . این روش را میتوان در مورد نقشه برداری های کنترلی ، انبوه سازی و نقشه های تفضیلی به کار برد. و همچنین می توان بجای پیمایش و مثلث بندی های سنتی از ان استفاده کرد.

روش RTK

روش RTK  فرایندی است که در ان تصحیح های سیگنال GNSS بصورت انی (real time) از یک ایستگاه گیرنده جی پی اس مولتی فرکانس با موقعیت معلوم، برای یک یا چندین گیرنده متحرک فرستاده می شود. به این معنا که با استفاده از مشاهده های کوتاه مدت امکان تعیین موقعیت دینامیک فراهم شده و با استفاده از سیگنال های فاز حامل، موقعیت مکانی ایستگاه سیار با دقتی در حد چند سانتیمتر تعیین می گردد.

در روش RTK  دو حالت داریم : اساس کار به این شکل است که هم‌زمان که گیرنده روور از طریق اینترنت از سامانه‌ای نظیر شمیم یا هدی تصحیحات دریافت می‌کند یا از طریق رادیو به گیرنده بیس متصل هست، از ماهواره‌های L-Band هم تصحیحات دریافت می کند.

 

 

گردآورنده : زکیه عبدلی

 

 

2

انواع تجهیزات نقشه برداری

امروزه به لطف فناوری‌های نوین، نقشه برداری با استفاده از تجهیزات پیشرفته و کاملا مجهز انجام می شود که در این مقاله قصد داریم به معرفی انواع تجهیزات نقشه برداری بپردازیم.

تحول بنیادین در تولید و عرضه تجهیزات نقشه برداری

 بعد از فراز و نشیب های فراوان و نیاز روز افزون جامعه بشری در استفاده از این تجهیزات شاهد تحول بنیادین در تولید و عرضه لوازم نقشه برداری هستیم.

به گونه ای که هر سال مدل های مختلفی از دوربین نقشه برداری و تجهیزات نقشه برداری جهت سهولت و افزایش سرعت کار نقشه بردار به بازار عرضه می گردد.

پیشرفت چشمگیر در این زمینه را میتوان از سال ۲۰۰۰ میلادی به بعد عنوان کرد.

مهترین و پرکاربرد ترین تجهیزات نقشه برداری عبارتند از:

ترازیاب ها

دوربین های تئودولیت

دوربین های توتال استیشن

انواع جی چی اس ها

مترهای لیزری

ترازلیزری

سه پایه

منشور

شاخص ترازیاب

متر

شاقول

ژالن

انواع تراز

ژالن گیر

شیب سنج

قطب نما

در زیر به توضیح مختصری در مورد برخی از این تجهیزات می پردازیم.

ترازیاب

ترازیاب از تجهیزات نقشه برداری است که جهت تعیین اختلاف ارتفاع بین دو یا چند نقطه نسبت به هم و یا نسبت به یک سطح مبنا در نقشه برداری و یا ساخت و ساز استفاده می گردد.

 ترازیاب ها در صنایع مرتبط با ساخت و ساز و نقشه برداری و به منظور استقرار نقاط تراز و کنترل ارتفاعات بکار گرفته می شوند.

 بطور کلی، یک ترازیاب از یک تلسکوپ، یک تراز و غالباً یک سه پایه برای سوار شدن دستگاه روی آن تشکیل شده است.

تئودولیت

دوربین تئودولیت یکی دیگر از تجهیزات نقشه بردای می باشد که به نام های ( دوربین مهندسی، دوربین زاویه‌ سنج طول‌یاب ) نیز معروف است.

این وسیله که به شکل یک دوربین می باشد، برای اندازه گیری زوایای افقی و قائم استفاده می شود.

دوربین های تئودولیت یا همان زاویه یاب از لحاظ ساختار به دو دسته دیجیتال و آنالوگ (مکانیکی ) تقسیم می شوند.

لمب افقی دوربین تئودولیت شبیه به یک نقاله، از صفر تا 360 درجه و یا 400 گراد در جهت افقی بین سه نقطه روی زمین، شبیه ساعت درجه بندی شده است.

توتال استیشن

توتال استیشن که یکی از مهمترین تجهیزات نقشه برداری می باشد درواقع تئودولیتی است که زاویه ها و فاصله هارا به طور همزمان اندازه گیری می کند.

این دوربین ها از ترکیب دو دوربین نیوو و تئودولویت به دست می‌آید. با استفاده از دوربین توتال می‌توان هم زمان به اندازه گیری ارتفاع، زاویه و فاصله افقی پرداخت.

توتال استیشن متشکل از یک تئودولیت الکترونیکی و یک فاصله یاب الکترونیکی (EDM) است که برای قرائت فواصل مایل از دستگاه به یک نقطه معین مورد استفاده قرار می گیرد.

توتال استیشن ها براساس کشور سازنده
  • سوئیسی : که عبارتنداز Leica و …
  • ژاپن : که عبارتند از Sokkisha , Nikon , Fojiko , Pentax , Nestle و …
  • چین : که عبارتند از Sanding  , Boif , Foif , Cttc  , Dade و …
  • آمریکایی :که عبارتنداز  Trimble و …

جی پی اس

سیستم موقعیت‌یاب جهانی یا جی‌پی‌اس (Global Positioning Systems)، نیز یکی از پرکاربردترین تجهیزات نقشه برداری می باشد که یک سیستم راهبری و مسیریابی ماهواره‌ای است و از شبکه‌ای با حداقل ۲۴  ماهواره تشکیل شده است.

جی‌پی‌اس، سامانه‌ای است که به کمک ماهواره‌ها جهت یابی می‌‌کند.

ماهواره‌هایی که هرکدام در مدارهای خود به دور زمین می چرخند؛ این ماهواره‌ها با ایستگاه‌های ویژه‌ای بر روی زمین در تماس اند و همواره موقعیت آن‌ها در فضا مشخص است.

در واقع اساس کار این سامانه، فرستادن سیگنال‌های رادیویی با فرکانس بالا و به طور مداوم است که زمان و مکان ماهواره را نسبت به زمین مشخص می‌‌کند و یک گیرنده جی‌پی‌اس روی زمین، با گرفتن این اطلاعات از سه ماهواره یا بیشتر، آن‌ها را پردازش می‌‌کند و موقعیت کاربر را در هر نقطه زمین، در هر ساعتی از شبانه روز و در هر وضعیت آب و هوایی به او نشان می‌‌دهد.

جی پی اس ها به سه دسته دستی، دو فرکانسه و مولتی فرکانسه تقسیم می شوند.

مترلیزری

متر لیزری فاصله‌یابی است که برای اندازه گیری دقیق از پرتو لیزر و عدسی استفاده می‌کند.

طریقه کارکرد این وسیله بدین صورت است که یک پالس متمرکز از نور را روی محل مورد نظر انداخته و زمان بازتاب آن را محاسبه می‌کند. در واقع این متر زمان بین تابش و بازتاب نور را اندازه گیری کرده و به فاصله تبدیل می‌کند.

گردآورنده:

هادی اصغری